[发明专利]基于碰撞概率的异构无人飞行器自主碰撞预警方法

权利要求书

1.基于碰撞概率的异构无人飞行器自主碰撞预警方法，异构无人飞行器由全程机动弹道式飞行器和无人航空飞行器两类无人飞行器组成，全程机动弹道式飞行器记为D飞行器，无人航空飞行器记为D飞行器，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

第一步：导航信息与误差解算

根据两飞行器上的惯组/卫星组合导航系统，测量并解算得到两飞行器的位置、速度和姿态信息，并根据惯组/卫星组合导航时Kalman滤波所得到的协方差矩阵确定两飞行器的位置、速度和姿态的误差信息；

第二步：轨迹预报与误差演化

以无机动弹道预报和T-H方程进行D飞行器的弹道预报和误差演化分析，以等高等速定向航迹预报和线性传播方法进行J飞行器的航迹预报和演化分析，得到分析时间段内两飞行器离散的位置和速度数据；

第三步：接近分析

采用A-N算法进行接近分析，定义相对距离函数，通过多项式插值和求极值的方法确定两飞行器的接近时刻，并根据多项式计算此时两飞行器的位置和速度矢量；

第四步：碰撞概率计算

以接近时刻两飞行器的位置速度矢量和轨迹误差信息定义相遇坐标系，进行误差的投影和转换，将碰撞概率问题转换为二维概率密度函数在圆域内的积分问题，通过取无穷级数前若干项的方法计算碰撞概率；

第五步：碰撞规避决策

根据第四步计算得到的碰撞概率，与预设的碰撞概率门限值比较，如果计算得到的碰撞概率大于概率门限值，则做出碰撞规避决策。

2.如权利要求1所述的基于碰撞概率的异构无人飞行器自主碰撞预警方法，其特征在于，在进行所述第二步轨迹预报与误差演化中，D飞行器误差演化分析为：

RSW坐标系下T-H方程的状态转移矩阵为T(Δt)，若当前时刻RSW坐标系下位置速度误差协方差矩阵为P_RSW(t)，则Δt时间后协方差矩阵P_RSW(t+Δt)为：

P_RSW(t+Δt)＝T(Δt)P_RSW(t)T^T(Δt)

将协方差矩阵转换为在NTW坐标系中表示为：

其中M_RSW→NTW为RSW坐标系到NTW坐标系的转换矩阵，P_NTW为NTW坐标系中表示的协方差矩阵；

J飞行器误差演化分析采用线性传播方法，预报误差也在其NTW坐标系描述，J飞行器位置预报误差在NTW坐标系中的协方差矩阵为P_JNTW；

其中P_JNTW为J飞行器位置预报误差在NTW坐标系中的协方差矩阵，ε_N、ε_T、ε_W为N、T、W方向误差发散因子，Δt为时间差，为t时刻N、T、W方向位置误差方差，为t+Δt时刻N、T、W方向位置误差方差；

3.如权利要求1所述的基于碰撞概率的异构无人飞行器自主碰撞预警方法，其特征在于，第四步中碰撞概率采用如下公式计算：

其中，P_c为碰撞概率，μ_x和μ_y为积分计算坐标系中相对位置坐标，和为积分计算坐标系中联合位置误差方差，R为联合球体半径。

4.如权利要求1所述的基于碰撞概率的异构无人飞行器自主碰撞预警方法，其特征在于，在进行所述第二步轨迹预报与误差演化之前，进行高度筛选：

计算高度剩余时间

预报分析时长为t_p，如果t₁＞t_p，则停止分析，等待下一个协同控制周期；

其中h_D为D飞行器导航系统测得的高度、v_D为速度大小，h_Jmax为J飞行器预设最大飞行高度，Δh＝h_D-h_Jmax为高度差，d_S为飞行器之间的安全距离，g₀为地球表面处重力加速度。

5.如权利要求1所述的基于碰撞概率的异构无人飞行器自主碰撞预警方法，其特征在于，在进行所述第二步轨迹预报与误差演化之前，进行水平距离筛选：

计算水平剩余时间

预报分析时长为t_p，如果t₂＞t_p，则停止分析，等待下一个协同控制周期；

其中ΔL＝R_Earccos(sinB_DsinB_J+cosB_DcosB_Jcos(L_D-L_J))为飞行器间的水平相对距离，r_D为D飞行器导航系统测得其位置，转换为大地纬度和经度为(B_D,L_D)，v_D为速度大小；r_J为来自数据链的J飞行器导航系统测得其位置，转换为大地纬度和经度为(B_J,L_J)；v_Jmax为J飞行器预设的最大水平飞行速度，R_E为地球平均半径。